Адгезинные явления при креплении и бронировании зарядов твердых ракетных топлив

Заряды смесевых твердых ракетных топлив (СТРТ) с нанесенными броневыми покрытиями (БП), термозащитным покрытием (ТЗП) и крепящими составами (КС) представляют собой сложные многослойные конструкции из полимерных композиционных материалов (ПКМ). Каждый слой такого заряда должен соответствовать заданным тактико-техническим требованиям, предъявляемым к ракетным двигателям твердого топлива (РДТТ). Проблема прочности крепления и бронирования зарядов твердых ракетных топлив основана на решении вопросов адгезии и изменения физико-химических свойств компонентов на границе раздела фаз. Основой этих процессов являются межмолекулярные взаимодействия на этих границах, теоретические аспекты которых рассмотрены выше. Применительно к клеевым соединениям в системах : СТРТ + КС + ТЗП и ТРТ + БП механизм образования адгезионных взаимодействий охватывает широкий спектр физикохимических явлений в различных по своей природе материалах, что затрудняет объяснение прочности их крепления с позиций какой-либо одной теории адгезии.

В процессе создания многослойной композиции на первом этапе происходит формирование резинотканевой композиии путем пропитки синтетических тканей резиновой смесью и ее вулканизации при повышенных температурах. Тяжелая резиновая смесь проникает на значительную глубину, заполняя зазоры между волокнами и отверждается при температурах 130-140° С и небольшом давлении прессования. В зависимости от природы функциональных групп резин и волокон ткани их межмолекулярное взаимодействие можно рассматривать с позиций адсорбционно-молекулярной теории адгезии. Далее на тканевую поверхность корпуса ракетного двигателя (РД) наносят КС в жидком состоянии или олигомерную композицию с последующей сушкой или полимеризацией. На этой стадии адгезивом является КС, который должен адсорбироваться на субстрате-тканевой подложке и поверхности топлива, хорошо их смачивать и пропитывать. В процессе сушки или полимеризации КС происходят процессы диффузии его составляющих в резину и последующие поверхностные слои ТЗП и гермослоя. При этом происходят межмолекулярные взаимодействия с функциональными группами волокон ткани и резины. Третьим этапом является заливка топливной многокомпонентной композиции в корпус РД. На этой фазе частично отвержденный КС, который был адгезивом по отношению к резинотканевой подложке, становится субстратом относительно жидкой топливной массы. После их совместного отверждения при температурах 40-80° С и давлении до 20 МПа КС по отношению к заряду и материалам корпуса является адгезивом, который должен обладать свойством бифильности. Этот этап является наиболее сложным и ответственным, так как протекают разнообразные физико-химические процессы (адсорбция, диффузия, межмолекулярные взаимодействия и другие).

Прочность связи герметизирующих покрытий и ТЗП с тканевой подложкой должна быть не менее 1,0-1,5 МПа ( на отрыв ) и 0,1-0,2 МПа (на расслаивание). Она достигается за счет развитой поверхности капроновой ткани, обеспечивающей высокую по величине механическую составляющую адгезионной прочности с различными по природе и полярности резинами, а также за счет межмолекулярного взаимодействия концевых аминогрупп (-NH2) капрона (полиамида) с функциональными группами резины, например карбоксильными, с образованием водородных связей. Функциональные группы капрона и резины могут вступать в межмолекулярные взаимодействия с оксидами магния, цинка, входящими в состав элементов многослойной конструкции.

Бронирующие покрытия, наносимые на канальную и наружнюю поверхности заряда, предназначены для его защиты от воспламенения и проскока пламени при горении, а также механических и других воздействий при сборке, транспортировке и других. Бронирование на- ружней поверхности осуществляется методом намотки армирующим материалом, пропитанным полимерной мастикой уретаноэпоксидных, эпоксидноэфирных связующих, фторкаучуков. В качестве армирующего материала применяются хлопчатобумажные нити, ленты, а также фторпластовые пленки.

Для прочнокрепленных зарядов пиротехнических составов (ПС) и ТПТ, формируемых методом глухого прессования в картонные оболочки и в корпуса с вклеенным теплозащитным покрытием, применяются специальные крепящие составы. Эти составы наносятся на внутреннюю поверхность оболочек и корпусов перед прессованием в них ПС. В качестве КС применяются низковязкие полимерные композиции на основе эпоксидных смол и уретановых каучуков.

Основное требование к БП и КС иметь высокую адгезионную прочность к топливам и составам, которые содержат металлические горючие, обеспечивать прочное крепление на границе ПС/КС/оболочка при температурах от -60 до + 60° С. Для БС наибольшее применение нашли низкомолекулярные полиуретановые каучуки с концевыми эпокси-группами, ПДИ-ЗА, ППС-ЗАК, обеспечивающие эластичность и влагостойкость, отверждение их осуществляется по эпоксидным группам в присутствии аминов и их аддуктов с эфирами и смолами. Нашли применение фторкаучуки-СКФ-32 и СКФ-26 как сополимеры виниледенфторида. Их вулканизация идет с участием звеньев -СН2 - в присутствии перекисей, диаминов и других.

Для получения составов с повышенной термостойкостью используют кремнийорганические каучуки с концевыми силанольными группами, в качестве отвердителей используют алкилстаннаты в комбинации с другими металлорганическими соединениями. В БС и КС в основном находят применение олигомерные соединения с эпоксидными группами. На их основе можно получить низковязкие композиции без применения летучих растворителей. В отвержденном состоянии такие композиции характеризуются высокой адгезионной прочностью и влагостойкостью. Их недостатком является малая эластичность.

Для снижения вязкости систем на основе эпоксисоединений используют низковязкие соединения, содержащие эпоксигруппы, так называемые , активные разбавители (эпоксисмолы и соединения). Из активных разбавителей - низковязких алифатических смол используются ДЭГ-1, ТЭГ-1, ТЭГ-17, МЭГ-1 и другие, выполняющие роль флексибилизаторов (внутренние пластификаторы) эпоксикомпозиций, исходя из того, что их длинные цепи встраиваются между узлами пространственной сетки эпоксидно-диановой смолы (ЭД-20), как бы ее разрежая. При этом резко возрастает эластичность таких композиций с одновременным увеличением адгезии. Широко используются для БС и КС уретановые полимеры на основе полиэфиров, полиспиртов и дии- зоционатов с последующим их отверждением, амины, простые эфиры.

С целью придания тех или иных свойств полимерным композициям в их состав вводят модифицирующие добавки. Так, для эпоксидных смол применяют активные разбавители, содержащие эпоксигруппы и инертные-ДБС, ДБФ, ТКФ, МГФ-9, ТГМ-3, простые эфиры, тиокол, битум и другие.

Для эпоксидных смол стали применять добавки- антипластификаторы, содержащие в молекуле циклы и активные ато- мы-С1, N, О, S. Молекулы таких веществ по форме и размерам соответствуют "пустотам" в упаковке эпоксиполимеров и заполняют их. В результате возрастает общее межмолекулярное взаимодействие и повышается прочность полимера, что приводит к упрочнению всей многослойной конструкции энергонасыщенного материала.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >